专利名称：光学手指鼠标、电子装置及生理特征检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人机接口装置，特别涉及一种可同时检测使用者生理特征以及手指位移量及接触状态的光学手指鼠标及生理特征检测装置。
背景技术：
光学手指鼠标(optical finger mouse,0FM)由于体积小,通常适合用于便携式电子装置。光学手指鼠标可用以检测使用者手指表面反射光线的光强度变化，由此判断手指的接触状态以及手指相对于触控面的位移量。然而，随着工业化的发展，使用者使用便携式电子装置的时间逐渐增加，甚至超出体力负荷而不自觉。因此，如果便携式电子装置同时具有检测使用者生理特征的功能并能于必要时提出警示，则可避免过度使用的情形发生。公知的血氧饱和仪(pulse oximeter)利用非侵入式的方式来检测使用者的血氧浓度及脉搏数，其可产生红光光束(波长约660纳米)及红外光光束(波长约910纳米)穿透待测部位，并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)及脱氧血红素(Deoxyheamo-globin)对特定光谱具有不同吸收率的特性以检测穿透光的光度变化，例如参照美国专利第7，072，701 号，标题为血氧浓度的监测方式(Method for spectrophotometric bloodoxygenation monitoring)。检测出两种波长的穿透光的光强度变化后,再以下列公式计算血氧浓度血氧浓度=100%X [HbO2]/([HbO2]+ [Hb])；其中，[HbO2]表示带氧血红素浓度；[Hb]表示脱氧血红素浓度。一般血氧饱和仪所检测到的两种波长的穿透光的光强度会随着心跳而呈现如图1所示的变化，这是由于血管会随着心跳而不断地扩张及收缩而使得光束所通过的血液量改变，进而改变光能量被吸收的比例。由此，根据不断变化的光强度信息则可计算血液对不同光谱的吸收率，以分别计算带氧血红素浓度及脱氧血红素浓度等生理信息，最后再利用上述血氧浓度公式计算血氧浓度。然而，由于血氧饱和仪是检测穿透光线的强度变化，因而会随着不同的待测部位而检测到不同的光强度信号；此外，当公知的血氧饱和仪所检测的待测部位发生移动时，则会检测到剧烈变动的混乱波形而无法据以正确计算出生理特征，因而其并不适用于便携式电子装置。有鉴于此，本发明提出一种可同时检测使用者生理特征以及手指位移量及接触状态的光学手指鼠标及生理特征检测方法，其可于检测手指位移量的同时检测使用者的生理特征，并可有效消除移动所造成的信号噪声。
发明内容
本发明的一个目的在提供一种光学手指鼠标，其通过分析手指的反射光信号以同时计算手指位移量及接触状态以及使用者生理特征。本发明的另一目的在提供一种光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并具有消除环境光源影响的机制。本发明的另一目的在提供一种光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并具有降低噪声的机制。本发明的另一目的在提供一种光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并具有系统频率的校正机制。本发明的另一目的在提供一种光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，并在闲置预设时间后即进入休眠模式。本发明的另一目的在提供一种光学手指鼠标，其可同时检测手指位移量及接触状态以及使用者生理特征，在位移量太大时可舍弃或不计算生理特征。为达上述目的，本发明提供一种光学手指鼠标，用以检测手指的位移量及生理特征。所述光学手指鼠标包含第一光源、第二光源、光源控制单元、图像传感器及处理单元。所述第一光源发出第一波长的光至所述手指。所述第二光源发出第二波长的光至所述手指。所述光源控制单元控制所述第一光源及所述第二光源的点亮及熄灭。所述图像传感器以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述第一光源点亮的多个第一图像帧及相对所述第二光源点亮的多个第二图像帧。所述处理单元根据所述第一图像帧及所述第二图像帧计算所述位移量及所述生理特征。根据本发明的另一特点，本发明还提供一种电子装置，用以检测并响应手指的位移量及生理特征。所述电子装置包含光学手指鼠标、控制单元及表示装置。所述光学手指鼠标包含两个光源、光源控制单元、图像传感器及处理单元。所述两个光源发出不同波长的光至所述手指。所述光源控制单元控制所述两光源的点灭。所述图像传感器以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述两不同光源点亮的多个第一图像帧及多个第二图像帧。所述处理单元根据所述第一图像帧及所述第二图像帧计算并输出所述位移量及所述生理特征。所述控制单元接收所述位移量及所述生理特征。所述表示装置受所述控制单元控制以响应所述位移量和/或所述生理特征。根据本发明的另一特点，本发明还提供一种生理特征检测装置，通过检测人体待测部位以计算生理特征。所述生理特征检测装置包含两个光源、光源控制单元、图像传感器及处理单元。所述两光源发出不同波长的光至所述人体待测部位。所述光源控制单元控制所述两光源的点灭。所述图像传感器以取样频率接收来自所述人体待测部位的反射光以产生分别相对所述两不同光源点亮的多个第一图像帧及多个第二图像帧。所述处理单元将每张所述第一图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第一图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第二图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。本发明的光学手指鼠标、电子装置及生理特征检测装置中，所述生理特征包含血氧浓度及脉搏数。本发明通过使用独立组件分析法或盲信号源分离法来分离移动信息及生理信息，可有效消除移动造成的信号噪声。
图1显示血氧饱和仪所检测的穿透光的光强度变化的示意图。图2A显示本发明一实施例的光学手指鼠标的示意图。图2B显示本发明一实施例的光学手指鼠标的框图。图3显示本发明实施例的光学手指鼠标的图像传感器所采集图像帧的示意图。图4显示本发明实施例的光学手指鼠标的图像传感器，其包含滤光器设置于部分感测面前方。图5显示本发明实施例的光学手指鼠标中，图像采集与光源点灭的示意图。图6显示本发明实施例的光学手指鼠标的处理单元分离移动信息及生理信息的示意图。图7显示本发明实施例的生理特征检测方法的流程图。附图标记说明I光学手指鼠标111、112光源13触控件13S触控面14图像传感器141滤光器14S感测面15处理单元151移动/接触检测单元 152生理特征检测单元16光源控制单元17存储单元18传输接口19频率产生器80电子装置81控制单元9手指9S手指表面I1-12n图像中贞B1-B2nW _B2N/ 平均売度
具体实施例方式为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此先进行说明。请参照图2A所示，其显示本发明实施例的光学手指鼠标I的示意图。所述光学手指鼠标I用以检测使用者的手指9相对于所述光学手指鼠标I的位移量及接触状态，以及所述使用者的生理特征，例如包括血氧浓度及脉搏数等。一般而言，所述光学手指鼠标I在判断所述接触状态为接触态时，方始进行所述位移量及所述生理特征的计算。所述光学手指鼠标I包含两光源111及112、导光件12、触控件13、图像传感器14、处理单元15及光源控制单元16 ;图2A中，各构件的空间关系仅为例示性，并非用以限定本发明。所述两光源111及112例如可为发光二极管或雷射二极管，其分别发出不同波长的光，且优选为公知的血氧仪所使用的两个波长，例如660内米的红光以及905、910或940内米的红外光。可以了解的是，此处所述波长指光谱的中心波长。所述导光件12用以将所述光源111及112所发出的光引导至所述触控件13 ;所述导光件12并非限定为反射面，其也可使所述光源111及112所发出的光以穿透的方式传送至所述触控件13，并无特定限制。其它实施例中，如果所述光源111及112所发出的光能够入射至所述触控件13，也可省略所述导光件12。 所述触控件13具有触控面13S供所述手指9于其上操控，所述触控件13优选为相对于所述光源111及112所发出的光为透明。当所述手指9靠近或接触所述触控面13S时，所述光源111及112所发出的光被反射。可以了解的是，所述触控面13S的面积可大于或小于所述手指表面9S，并无特定限制。所述图像传感器14以取样参数接收来自所述触控件13 (所述手指表面9S)的反射光以产生多个图像帧(所述图像帧例如具有16X16像素)；其中所述取样参数例如包含曝光时间、图像增益等，但并不以此为限。可以了解的是，图2A中可另外包含其它用以引导反射光至所述图像传感器14的透镜，以增加所述图像传感器14的感光效率。所述图像传感器14优选为主动数组式图像传感器，例如CMOS图像传感器，但也可为其它用以感测图像帧的组件。所述处理单元15根据所述图像帧检测所述手指9相对所述触控面13S的位移量及接触状态，以及所述使用者的生理特征。所述处理单元15所求得的所述位移量、接触状态及生理特征例如可被传送至具有表示单元的电子装置以进行显示或相对应控制；其中所述表示单元例如可为显示器、灯号、七字节显示等，也或可为声音装置。所述电子装置可为便携式电子装置或一般家用电子装置。所述光源控制单元16耦接所述处理单元15，以配合所述图像传感器14的图像帧采集控制所述光源111及112的点亮及熄灭，其实施方式将详述于后。请参照图2A及2B所示，图2B显示本发明实施例的光学手指鼠标I的方块图，其包含第一光源111、第二光源112、所述图像传感器14、所述处理单元15、所述光源控制单元16、存储单元17、传输接口 18及频率产生器19 ;其中，由于所述处理单元15进行多功能运算，所述处理单元15可另包含移动/接触检测单元151用以检测所述手指9相对所述触控面13S的所述位移量及所述接触状态以及生理特征检测单元152用以检测所述使用者的所述生理特征；也就是，所述处理单元15可为单一组件或分为两个组件。所述第一光源111例如发出波长约为660纳米的红光；所述第二光源112例如发出波长约为905、910或940纳米的红外光；广义的说，所述第一光源111及所述第二光源112分别发出公知的血氧仪所使用的两个波长的光。所述图像传感器14及所述光源控制单元16的功能如前所述，故于此不在赘述。所述存储单元17用以储存所述处理单元15所求得的所述位移量、接触状态、生理特征以及计算过程中所需的各种参数信息。所述传输接口 18则用以将所述存储单元17所储存的所述位移量、接触状态及生理特征通过有线或无线传输方式传输至控制单元81 ；其中，有线及无线传输技术已为公知，故于此不再赘述。所述控制单元81可内建于具有至少一个表示单元80的电子装置内或独立于其外，用以控制所述电子装置来通过所述表示单元80显示和/或响应所接收的所述位移量、接触状态及生理特征。一种实施例中,所述光学手指鼠标1、控制装置81及表示装置80可共同组成电子装置，例如为电视、投影装置或计算器系统，所述光学手指鼠标I例如可设置于所述控制单元81内，其中所述控制单元81例如可为遥控器、鼠标、键盘、光学测距装置或其它计算机外设装置。换句话说，所述光学手指鼠标1、控制装置81及表示装置80相互有线或无线的耦接，以形成一个单一组件(例如便携式装置)或多个组件(例如家电系统)。因此，本发明的光学手指鼠标I可搭配具有表示单元80的电子装置，让使用者在通过所述光学手指鼠标I控制所述表示单元所显示的光标或所述电子装置所执行的软件的同时，表示所述使用者的生理特征以供所述使用者参考，并于生理特征显示为疲劳状态时(根据生理特征的数值)对所述使用者提出警示；其中，显示生理特征及警示的方式例如可利用软件执行画面显示、灯号显示或声音显示的方式来达成。所述频率产生器19则用以提供系统频率。其它实施例中，所述光学手指鼠标I也可使用两个图像传感器用以分别检测两个不同波长的光，其中一个图像传感器或两个图像传感器可设置带通滤光器(bandpassfilter)来选择所欲接收的光谱。取样机制本发明的光学手指鼠标I包含两个光源并同时执行两种功能；其中，位移量及接触状态的检测功能并无限定使用特定波长的图像帧，而生理特征功能的检测则必须对应不同波长的图像帧分别计算。以下首先说明本发明中图像帧的取样机制。 一种实施例中，所述光源控制单元16控制所述第一光源111及所述第二光源112轮流发光，所述图像传感器14则以高速且固定的取样频率(例如每秒3000张)同步所述第一光源111或所述第二光源112的点亮采集图像帧，并输出如图3所示多个图像帧I1-16-至所述处理单元15 (或同时输出至所述移动/接触检测单元151及所述生理特征检测单元152)，其中所述图像帧I1-16…包含第一图像帧I1U3U5-，其例如相对所述第一光源111的点亮；第二图像帧12、14、I6-，其例如相对所述第二光源112的点亮。所述处理单元15 (或所述移动/接触检测单元151)可根据所述第一及第二图像帧I1-1e-判断接触状态并计算位移量，例如根据所述第一图像帧及所述第二图像帧的亮度与至少一个门槛值的比较结果判定所述手指9是否靠近或接触所述触控面13S，其中当所述图像帧的亮度大于或小于所述至少一个门槛值时，即判定进入接触态；进入接触态后，所述处理单元15可根据两张第一图像帧、一张第一图像帧与一张第二图像帧或两张第二图像帧间的相关性(correlation)计算所述位移量。必须说明的是，判定所述接触状态及计算所述位移量的方式可使用公知的方式，但本发明中必须利用相对应两个不同波长的反射光的图像帧进行判定及计算。所述处理单元15 (或所述生理特征检测单元152)则必须根据所述第一图像帧1:、
13、计算出所述第一图像帧的亮度变化，并根据所述第二图像帧12、14、I6…计算出所述第二图像帧的亮度变化(详述于后)，并据以分别计算出两种光谱被吸收的比例以求出带氧血红素浓度HbO2及脱氧血红素浓度Hb，最后利用血氧浓度公式计算出血氧浓度；并通过所述第一图像帧和/或所述第二图像帧的亮度变化与至少一个阈值的比较结果计算脉搏数。另一种实施例中，所述光源控制单元16控制所述第一光源111及所述第二光源112同步于所述图像传感器14的图像帧采集同时发光；也就是，所述图像传感器14会同时接收到两种波长的反射光。因此，此实施例中，所述图像传感器14的感测面14S的一部分前方还可设置滤光器141 (如图4所示)，其中所述滤光器141可为带通滤光器以使所述滤光器141后方的部分感测面仅能感测所述第一光源111的光谱或所述第二光源112的光谱，以使所述处理单元15 (或所述移动/接触检测单元151及所述生理特征检测单元152)能够分辨第一图像帧(相对所述第一光源111的部分图像帧)及第二图像帧(相对所述第二光源112的部分图像帧)。可以了解的是，本发明中，所述滤光器141的设置位置及面积并不限于图4所示。
由此，所述处理单元15 (或所述移动/接触检测单元151)同样可根据所述第一图像帧及第二图像帧I1-1f计算接触状态及位移量。所述处理单元15 (或所述生理特征检测单元152)同样可根据所述第一图像帧1:、13、I5…计算出所述第一图像帧的亮度变化及根据所述第二图像帧12、14、If计算出所述第二图像帧的亮度变化，并根据两亮度变化的关系计算血氧浓度及脉搏数。 可以了解的是，由于所述图像传感器14可能对不同波长的光具有不同的感光效率，或者所述第一光源111及所述第二光源112的发光亮度不完全相同，因此可于所述光学手指鼠标I出厂前就针对所述图像传感器14所检测图像帧的亮度进行调整(例如调整相对不同波长图像帧的曝光时间、图像增益等取样参数)，以使图像传感器14所采集的初始图像帧具有大致相同的亮度，以消除误判断的可能性。本发明的精神在于，以所述光源控制单元16控制所述第一光源111及所述第二光源发光112的点亮或熄灭，使所述图像传感器14以取样频率接收来自所述手指9的反射光以产生相对所述第一光源点亮的多个第一图像帧及相对所述第二光源点亮的多个第二图像帧；所述处理单元15则根据所述第一图像帧及所述第二图像帧计算接触状态、位移量及生理特征。消除环境光机制图2A中，由于所述接触件13为透明，同时手指会透光，所述光学手指鼠标I外部的环境光会通过所述接触件13与手指而被所述图像传感器14接收而影响到其所采集的图像帧的图像质量。本发明中，所述光源控制单元16可控制所述第一光源111及第二光源112于部分期间不发光。例如请参照图5所示，其显示所述图像传感器14的图像采集及所述第一光源111及所述第二光源112的点灭情形；其中，实线箭号表示光源点亮而虚线箭号表示光源熄灭。图5A显示所述图像传感器14以固定频率持续采集图像帧。图5B显示所述第一光源111及所述第二光源112同时轮流地点亮及熄灭，因此所述图像传感器14则可轮流采集到亮图像帧(光源点亮时)及暗图像帧(光源熄灭时)。图5C显示所述第一光源111及所述第二光源112每隔两张图像帧同时点亮一次，其通常相对于所述手指9具有较低位移量的情形。如前所述，当所述第一光源111及所述第二光源112同时点亮时(图5B及5C)，所述图像传感器14包含滤光器141以空间区隔不同光源的图像帧，以使所述图像传感器14的一部分可感测所述第一光源111的反射光而另一部分可感测所述第二光源112的反射光。当所述手指9接触或靠近所述触控面13S时，相对于光源点亮时所采集的亮图像帧包含(手指反射光+杂散光+环境光)，相对于光源未点亮时所采集的暗图像帧仅包含(环境光)，因此若将亮图像帧减去暗图像帧，则可有效消除环境光的影响。所述处理单元15则可根据亮图像帧与暗图像帧之差分图像帧计算位移量、接触状态及生理特征。请参照图所示，其显示所述第一光源111及所述第二光源112轮流点亮的实施方式。此实施例中，由于要使所述图像传感器14采集到暗图像帧，因此所述光源控制单元16控制所述第一光源111与所述第二光源112相隔一张图像帧轮流地点亮，例如于图的时间td时两个光源均不点亮。由此，所述处理单元15则可计算差分第一图像(亮第一图像帧-暗图像帧)及差分第二图像(亮第二图像帧-暗图像帧)，并根据所述差分图像计算位移量、接触状态及生理特征。如前所述，当所述第一光源111及所述第二光源112轮流点亮时，所述图像传感器14以时间区隔不同光源的图像帧。本实施方式的精神在于，使所述光源控制单元16控制所述第一光源111及所述第二光源112同时或轮流发光，并使所述图像传感器14能够采集到所述光源不发光时的暗图像帧，并通过计算亮暗图像间的差以消除环境光影响。因此，图5中所示各光源的点灭情形仅为例示性，并非用以限定本发明。降噪机制由于所述图像传感器14所采集的图像帧中会存在噪声，且噪声通常以随机的方式分布于所采集的图像帧中，因此本发明可进一步进算M张图像帧之和来提高信噪比(SNR)，以增加计算生理特征的精确度；例如，将每10张图像帧进行相加，且两组连续的10张图像帧可部分重复或完全不重复。可以了解的是，当所述第一光源111及所述第二光源112轮流点亮时，本实施例的图像帧之和分别为所述第一图像(例如图3的Ii+I3+I5-)之和及所述第二图像(例如图3的I2+I4+If)之和，这是由于必需分别计算两组光强度变化。然而，当所述第一光源111及所述第二光源112同时点亮，本实施例的图像帧之和则为连续的图像帧(例如3图的并通过后处理的方式分辨两组光强度变化。此外，当配合上述消除环境光机制时，本实施例的图像帧之和指差分图像帧之和；也就是，执行完消除环境光处理后接着进行降噪处理。其它实施例中，也可仅执行消除环境光处理及降噪处理其中之一。如前所述，所述图像传感器14有可能在不同条件下以不同的取样参数来采集图像，例如所述图像传感器14相对于不同波长的光可能具有不同的吸收率，因此可能会以不同的曝光时间及图像增益等取样参数来使得所述第一图像及所述第二图像具有亮度大致相同的初始图像帧，以能够正确根据所述图像帧进行后处理，也就是相对所述第一图像帧及第二图像帧的所述取样参数可能不相同。本发明中，为了排除不同取样参数的影响，可将每张图像帧或M张图像帧之和或平均除以取样参数以进行归一化处理，例如(M张图像帧之和/取样参数)或(M张图像帧的平均/取样参数)；其中，M为正整数。生理特征计算相对于不同光源点亮时，所述图像传感器14所采集的图像帧同时包含有生理信息及移动信息。因此，本发明中所述处理单元15(或所述生理特征检测单元152)首先需将两种信息分离后，才能够正确计算生理特征。本发明中，所述处理单元15例如采用独立组件分析法(Independent Component Analysis, I CA)或盲信号源分离法(Blind SourceSeparation, BSS)来将两种信息分离。请参照图3及图6所示，首先以图3的所述第一图像1:、13、I5…为例，将多个张第一图像帧(可为原始图像帧、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的第一图像帧)或多个第一图像帧和(M张原始图像帧和、经过消除环境光机制和/或降噪机制处理过的M张第一图像帧和)的每张图像帧或图像帧和分割为至少两部分并分别求得平均亮度，例如图像帧I1分割成平均亮度为B1及B/两部分；图像帧I3分割成平均亮度为B3及B3'两部分；…；图像帧In分割成平均亮度为Bi1及B2N_/两部分(其它实施例中可多于两部分)。接着，利用独立组件分析法或盲信号源分离法分离出第一移动信息及第一生理信息(如图6所示)，其皆显示为亮度变化线型。本发明中将移动信息舍弃并利用生理信息来计算生理特征。可以了解的是，由于所述图像传感器14的取样频率远远大于脉搏频率，因此所分离出的生理信息可显示出光强度随脉搏变化的线型(类似图1);分离出的移动信息分布并不限定如图6所示者。此外，所述图像帧分割的两个部分并不限定为上下两部分。此夕卜，由于必须分别计算出两个不同波长的光的生理信息，上述分离程序分别针对第一图像帧1:、13、(相对应第一光源点亮)及第二图像帧12、14、I6…(相对应第二光源点亮)来进行。必须说明的是，当利用图像帧和或平均来进行信息分离时，图6中的I1-1i1以及I2-12n每一个均表示M张图像帧之和或平均。 必须强调的是，所述手指9的位移量及接触状态由所述处理单元15 (所述移动/接触检测单元151)直接根据所述第一图像帧及所述第二图像帧求得，并不需要经过分离后的移动信息。独立组件分析法或盲信号源分离法主要用以将混合信号分离，以消除移动所造成的信号噪声。 本发明中，所述处理单元15还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化和/或所述第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。系统频率校正机制—般为降低系统成本，所述频率产生器19可使用成本较低的RC振荡电路，而RC振荡电路的精度较低且其振荡频率会随着制程及操作温度而改变；其它实施例中也可使用石英振荡电路，并无特别限制。由于计算生理特征时需要较精准的系统频率(例如计算脉搏数时要准确)，于所述光学手指鼠标I出厂前，优选使用具有精准闪烁频率的外部光源贴近所述触控件13的接触面13S，以使所述图像传感器14感测所述外部光源的亮度变化，以作为调整所述频率产生器19的振荡频率的基准。例如，可事先求出所述频率产生器19在不同温度下与精准频率间的差异值以作为系统频率校正参数，并储存于所述存储单元17中。当使用到系统频率时，只要利用所述系统频率校正参数即可得到准确的振荡频率。休眠模式本发明的光学手指鼠标I在闲置预设时间后，可进入休眠模式。例如，所述处理单元15于预设时间判断所述手 指9未靠近或接触所述触控面13S时，即可进入休眠模式。生理特征舍弃机制本发明的光学手指鼠标I的处理单元15可同时计算位移量及生理特征，然而精确的生理特征计算优选是在位移量较低的情形。因此，本发明可事先判断所述位移量是否大于默认值，若所述位移量大于所述默认值，则所述图像传感器14所采集的图像帧仅用以计算位移量或判断接触状态而不用以计算生理特征，或者即使计算出生理特征也不通过所述传输接口 18传输而直接从所述存储单元17中舍弃。本发明提出一种根据手指表面的反射光检测生理特征的方法，包含下列步骤提供第一波长及第二波长的光至手指表面(步骤S11);采集所述第一波长的光的反射光以产生多个第一图像帧并采集所述第二波长的光的反射光以产生多个第二图像帧(步骤S12)；将每张所述第一图像帧及每张所述第二图像帧分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度(步骤S13);利用独立组件分析法或盲信号源分离法分析所述第一图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化(步骤S14);以及根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化求得生理特征(步骤S15)。本实施例的生理特征检测方法适用于包含光学手指鼠标的电子装置，其优选包含表示装置。本实施例各步骤的详细实施方式已详述于前，故于此不再赘述。此外，当本发明的生理特征检测方法并非应用于光学手指鼠标中时，也可应用于生理特征检测装置以取代公知的血氧仪，用以通过检测人体待测部位的皮肤表面以计算生理特征；于此实施例中，只要将上述本发明实施例中的手指9换成人体其它的待测部位即可，除了不计算位移量外，其它计算生理特征的方式则相同，故于此不再赘述；亦即，所述生理特征检测装置同样具有降噪、消除环境光、休眠模式及系统频率校正等机制。所述待测部位为公知的血氧仪用以检测血氧浓度的身体部位。综上所述，公知的光学手指鼠标并无法检测使用者的生理特征，且血氧仪计算血氧浓度的方式因具有无法判断移动中的待测部位等因素而无法兼容于光学手指鼠标上。因此，本发明还提供一种光学手指鼠标(图2A及2B)，其可于检测手指位移量的同时检测使用者的生理特征，并可有效消除移动所造成的信号噪声及消除环境光源影响，并具有系统频率校正、休眠模式及舍弃生理信息的机制。虽然本发明已以上述实施例公开，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视所附权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种光学手指鼠标，用以检测手指的位移量及生理特征，所述光学手指鼠标包含第一光源，发出第一波长的光至所述手指；第二光源，发出第二波长的光至所述手指；光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源的点亮及熄灭；图像传感器，以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述第一光源点亮的多个第一图像帧及相对所述第二光源点亮的多个第二图像帧；以及处理单元，根据所述第一图像帧及所述第二图像帧计算所述位移量及所述生理特征。
2.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述处理单元将每张所述第一图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第一图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第二图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。
3.根据权利要求1或2所述的光学手指鼠标，其中所述生理特征包含血氧浓度及脉搏数。
4.根据权利要求2所述的光学手指鼠标，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化和/或所述第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。
5.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述处理单元计算M张图像帧之和以降低噪声，并根据取样参数归一化所述图像帧的和或平均，其中M为正整数。
6.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述光源控制单元控制所述第一光源及所述第二光源于预定期间熄灭，以使所述图像传感器采集多个亮第一图像帧、多个亮第二图像帧及多个暗图像帧；所述处理单元根据所述亮第一图像帧与所述暗图像帧之差以及所述亮第二图像帧与所述暗图像帧之差计算所述位移量及所述生理特征。
7.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，该光学手指鼠标在闲置预设时间后进入休眠模式。
8.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中当所述位移量大于默认值，所述处理单元不计算所述生理特征或舍弃所述生理特征。
9.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，该光学手指鼠标还包含存储单元，该存储单元储存系统频率校正参数。
10.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述处理单元还对所述第一图像帧及所述第二图像帧的亮度与至少一个门槛值进行比较以判断接触状态。
11.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述处理单元根据两张所述第一图像帧、一张所述第一图像帧与一张所述第二图像帧及两张所述第二图像帧计算所述位移量。
12.根据权利要求1所述的光学手指鼠标，其中所述光源控制单元控制所述第一光源及所述第二光源轮流点亮以使所述图像传感器轮流接收所述第一光源及所述第二光源的反射光；所述光源控制单元或者控制所述第一光源及所述第二光源同时点亮以使所述图像传感器同时接收所述第一光源及所述第二光源的反射光，且所述图像传感器包含滤光器， 该滤光器覆盖于所述图像传感器的感测面的一部分。
13.一种电子装置，用以检测并响应手指的位移量及生理特征，所述电子装置包含光学手指鼠标，该光学手指鼠标包含 两个光源，发出不同波长的光至所述手指； 光源控制单元，控制所述两个光源的点灭； 图像传感器，以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述两个不同光源点亮的多个第一图像帧及多个第二图像帧；和 处理单元，根据所述第一图像帧及所述第二图像帧计算并输出所述位移量及所述生理特征； 控制单元，接收所述位移量及所述生理特征；以及 表示装置，受所述控制单元控制以响应所述位移量和/或所述生理特征。
14.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述表示装置为显示器、灯号、七字节显示或声音装置；所述控制单元为遥控器、鼠标、键盘或光学测距装置。
15.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述生理特征包含血氧浓度及脉搏数。
16.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述处理单元将每张所述第一图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第一图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第二图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。
17.根据权利要求16所述的电子装置，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化和/或所述第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。
18.根据权利要求13所述的电子装置，其中所述处理单元还对所述第一图像帧及所述第二图像帧的亮度与至少一个门槛值进行比较以判断接触状态。
19.一种生理特征检测装置，通过检测人体待测部位以计算生理特征，所述生理特征检测装置包含 两个光源，发出不同波长的光至所述人体待测部位； 光源控制单元，控制所述两个光源的点灭； 图像传感器，以取样频率接收来自所述人体待测部位的反射光以产生分别相对所述两不同光源点亮的多个第一图像帧及多个第二图像帧；以及 处理单元，将每张所述第一图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第一图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像帧分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立组件分析法分析所述第二图像帧的所述每一部分的所述平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。
20.根据权利要求19所述的生理特征检测装置，其中所述生理特征包含血氧浓度及脉搏数。
全文摘要
一种光学手指鼠标，包含两个光源、图像传感器及处理单元。所述两个光源发出不同波长的光以照明手指表面。所述图像传感器接收来自所述手指表面的反射光以产生多个图像帧。所述处理单元根据所述图像帧检测所述手指表面的位移量及接触状态以及使用者的生理特征。本发明还提出一种电子装置。
文档编号A61B5/0205GK103034342SQ20111030232
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者古人豪, 高铭璨, 黄森煌 申请人:原相科技股份有限公司